CN107055871B

CN107055871B - 一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池

Info

Publication number: CN107055871B
Application number: CN201710305743.3A
Authority: CN
Inventors: 何孟常; 龙晓静; 李如意
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: CN107055871A

Abstract

本发明公开一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池。包括混凝反应区1‑1、沉淀排泥区2‑2、多面球截留区3‑3、过滤区4‑4、气水反冲洗系统。混凝反应区包括均匀配水堰；沉淀排泥区包括漏斗形沉淀排泥槽；截留区包括多面球悬浮填料；过滤区包括均匀配水堰、均质滤料、承托滤料、反冲洗管道、U型滤砖；反冲洗系统包括液位触发器、罗茨风机、水泵、止回阀、反冲洗主管和支管、曝气盘等。滤池运行滤速为8～10m/h，过滤周期为24～48h，处理水量为500～1000m³/d。本发明装置可以降低浊度色度、COD、除铁锰、脱氮除磷等。采用气水反冲和微膨胀反冲洗，解决了滤料堵塞问题，减少滤料流失，节约了大量水源，达到清洁滤料的要求，清洁环保。滤池可以多组并联运行，扩容方便，没有土建工程量，节约成本。

Description

一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池

技术领域

发明涉及污水、给水、环保和化工等深度水处理净化领域，具体涉及一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池。

背景技术

我国是世界上贫水国家之一，社会经济和工业高速发展，污染物排放量增多，近年来水源水微污染加剧，而随着我国城镇供水水质标准标准的提高，提高净水水质成为头等大事。人们生活水平不断提高，对洁净水资源的依赖性和需求量也逐渐增加，因此水资源供需矛盾日益突显，水资源稀缺现象也日益严重。目前水处理工艺的核心为“原水→混凝→沉淀→过滤→消毒”，其中过滤作为深度水处理工艺的核心，滤池的过滤效果直接关系到整体工艺的净水水质。滤池也是工业给水、民用给水、废水治理、环境工程等常用深度水处理不可或缺的环节。

滤池在水处理领域的地位十分重要，过滤一般用石英砂、沸石、白煤、矿石、火山岩等粒状滤料层截留水中的悬浮杂质，使水澄清的工艺过程。滤料一般具有密度大，沉降性能好，比表面积大，孔隙率小的特点。依靠滤料的拦截、吸附、沉淀作用去除水中的悬浮颗粒物、胶体、杂质以及部分有机物、细菌病毒等。降低浊度、色度、除铁锰、脱氮除磷净化水质。保证用水安全卫生。

随着过滤时间的延长，进水中往往有些颗粒物或者悬浮颗粒物吸附、沉降在滤料表面，滤层间的缝隙会逐渐被细小颗粒物(污泥)堵塞，影响滤池的过滤能力，且滤层内的颗粒、污泥不易清除，减弱了滤池的处理能力，滤层间纳污能力逐渐减弱，滤层阻力和水头损失逐渐变大，降低制水效率和净水效果，最终过滤失效。反冲洗利用较大气(水)流压力/速度摩搓冲洗滤料层，使滤料处于悬浮流化状态，具有一定的膨胀度，牵引悬浮物向上，使截留在滤料表面、滤层缝隙间的杂质、污泥、小颗粒等在水力剪切和滤料颗粒的双重碰撞作用下，从滤料表面脱落，随水流冲出滤池，恢复滤料的纳污能力，保证滤池的高效运行，所以滤池的反冲洗是整个工艺的关键作用，良好的冲洗技术能有效去除滤层中的积泥，使滤池恢复理想的过滤功能。本发明在虑池反冲洗之后，不立即全部切断反冲洗水，而是增加微膨胀冲洗，并进一步清楚残留的颗粒物。延长过滤周期、节约冲洗水，降低能耗。

发明内容

本发明目的是为提高滤池的出水水质效果，开发了集合混凝、沉淀、截留、过滤、气水反冲洗一体化高效滤池，设备模块化，扩容方便，可多组并联使用。滤池采用三层套筒模式，解决滤层堵塞及清除滤料表面和层间滤渣的气水联合反冲洗方法，过滤效率高，运行成本低，出水水质稳定，造价成本低。反冲洗过程自动控制运行，反冲洗之后采用微膨胀反冲洗方式，减少滤料损失，水耗能耗最小化，使滤池过滤速度提高，水量增多，水质提高，过滤周期延长。

本发明技术方案如下：

一种新型混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池，包括混凝反应区、沉淀排泥区、多面球截留区、过滤区、气水反冲洗系统。混凝反应区：最外侧套筒内发生混凝反应，混凝反应区和沉淀排泥区用多孔板连接；沉淀排泥区：底部漏斗型沉淀排泥区；多面球截留区：位于第二层套筒中，截留区内填充多面球悬浮填料，沉淀排泥区和截留区用多孔板连接；过滤区：均匀配水堰、均质滤料、承托滤料、反冲洗管道、滤砖；气反冲洗系统：包括PLC控制柜、液位发生器、罗茨风机、单向控制阀和曝气盘、反冲洗水泵、单向阀门、布水主管和布水支管，曝气盘和布水支管设置在承托滤料内，滤池顶部反冲洗出水管道和污泥浓缩池相连。

污水经过均匀配水堰四周均匀配水，保证配水的均匀性，在最外层套筒内发生充分混凝反应，流经多孔板，通过底部漏斗沉淀排泥区，经过多面球填料截留沉淀，通过溢流槽均匀配水，经过均质滤料，再滤过承托滤料和滤砖，通过出水管道，流入清水池，出水达标排放。

所诉混凝反应区：外层套筒内单位时间、单位体积内产生无数个大小不同的涡旋，不同尺度的涡流在紊流中随机运动，不断平移和转动，形成流速脉动。由于涡旋的固有扩散性，大小涡旋相互渗透，水流紊动作用使絮凝剂快速均匀分散，优化混凝过程。

所述沉淀排泥区：底部为沉淀排泥区，倒圆锥形，排泥口设置在下端，能够有效的使沉淀污泥排尽。

所述多面球截留区：套筒内部用多面球悬浮填料填充，填料接触沉淀具有良好的水力过渡。填料利用自身的特点截留大部分微絮体，大大提高了絮体的浓度，极大地增加了絮体碰撞的几率，充分保证了截留大部分微絮体的可靠性和高效性。

所述过滤区：过滤区底部铺设U形滤砖，滤砖上部铺设粗颗粒承托滤料，粒径均匀，承托滤料上部为均质滤料，可以为均质石英砂、沸石、零价铁、白煤、矿石、火山岩等，根据不同的水质情况的采用不同滤料，上端有均匀配水堰。

所述气水反冲洗系统：随着滤料堵塞，水头损失增加，滤速变慢，液位增高，触发液位发生器，开始进行反冲洗，对均质滤料和支撑滤料进行强烈摩擦搓洗，之后采用微膨胀冲洗，防止滤料损失，提高过滤效果。

本发明的优点：①采用多面球悬浮填料截留沉淀改变了单一的流水方向，增强了水体流动的方向和絮体的碰撞机率，使絮体聚集并沉淀，高效去除水中悬浮大絮体和微小絮体，降低水体浊度和悬浮颗粒物浓度。②采用气水反冲洗和微膨胀冲洗，结合了气泡的震动、爆裂、上浮和水力的冲刷的共同作用，带走滤料表面的固体悬浮颗粒，气体搓洗，减少了水洗的单一模式，节约水源，采用微膨胀冲洗，较少滤料的损失，恢复过滤能力和稳定性。③滤池集合混凝反应、沉淀、截留、过滤、气水反冲洗于一体，设备模块化，扩容方便，可多组并联使用。④技术方案制造简单，易于实现，节约了成本，具有巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为滤池的结构示意图。

图2为滤池的详细示意图

图3为滤池A-A、B-B、C-C剖面结构示意图。

图4为浊度去除效果图。

图5为色度去除效果图。

图6为COD去除效果图。

图7为Fe去除效果图。

图8为Mn去除效果图。

图9为NH₄ ⁺-N去除效果图。

图10为TP去除效果图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种新型过滤沉淀截留气水反冲洗一体化高效滤池，包括混凝反应区1-1、沉淀排泥区2-2、多面球截留区3-3、过滤区4-4、气水反冲洗系统(如图1-3所示)：一体化高效滤池污水经过添加混凝剂和调节pH经均匀配水堰3在最外层套筒内四周均匀布水，经多孔板4流入下部的漏斗沉淀排泥区5，上流经过多面球填料6截留沉淀，溢流堰7均匀布水，经过均质滤料8、承托滤料9和滤砖10，通过出水管道11，流入清水池30，出水达标排放。

混凝反应区：污水流入滤池前，经过混凝加药器1和pH调节器2加药调节，经均匀配水堰3在最外层套筒内四周均匀布水，水力停留时间(HRT)为2min～5min，速度梯度G值为35S-¹～45S-¹。

沉淀排泥区：底部为漏斗沉淀排泥区5，倒圆锥形，排泥口设置在下端，通过底部阀门22有效的排尽污泥，底部角度为60～120度不限。

多面球截留区：多面球悬浮填料6为球体状，在水体中悬浮，材质PP，叶片多，阻力小，比表面积大，弹性大，重量轻，强度大，自由空间多，耐高温﹤120度，耐腐蚀性好，表面亲水性能好，多面球直径为10～75mm，装填高度为0.6m～1.0m，多面球沉淀上升水流速为8～10m/h。

过滤区：底部铺设U形滤砖，高度为0.2m，滤砖上部铺设承托粗滤料，粒径为2～3mm，高度为0.4m，承托滤料中铺设曝气盘14和反冲洗主管17和支管18，承托滤料上部均质滤料2，粒径为1.0mm，均质石英砂、沸石、零价铁、白煤、矿石、火山岩等，根据不同的水质情况的采用不同滤料，高度为1.0m，滤池整体高度为3.0m。

所述气反冲洗系统包括液位发生器12、反冲洗风机13、单向控制阀14、气洗主管15和曝气盘16，曝气盘设置在承托滤料9内；所述水反冲洗系统依次包括反冲洗水泵17、单向阀门18、布水总管19和布水支管20，所述布水支管20安装在承托滤料9内，过滤区顶部有反冲洗管道21，反冲洗管道21和污泥浓缩池31相连。

滤池反冲洗周期为24h～48h，一体化高效滤池反冲洗过程，随着滤料堵塞，水头损失增加，滤速变慢，液位增高，触发液位发生器12，通过PLC控制系统传递信号，开始进行反冲洗。

单气反冲洗过程：首先关闭进水泵，打开反冲洗罗茨风机13，高压气体经过单向控制阀14，通过曝气盘16强烈曝气，对支撑滤料9和均质滤料8进行强烈摩擦搓洗，强度为10L/m².s，该过程运行时间为3～4分钟，反冲洗风机两台，一用一备。

气水联合反冲洗过程：单气反冲洗3～4分钟后，同时开启反冲洗水泵17，通过单向阀门18，布水总管19，布水支管20，对滤料进行冲洗，反冲水洗强度为8～10L/m².s，气洗强度为8～10L/m².s，气水联合冲洗4分钟，冲洗水和截留杂质经过反冲洗管道21，流入污泥浓缩池31，反冲洗污泥的膨胀率为30％左右。

单水微膨胀反冲洗过程：关闭罗茨风机13，不立即完全切断冲洗水，调节水泵反冲洗强度为3～5L/m².s，增加1～10分钟的微膨胀冲洗，滤料的膨胀率为3％～6％,出水排入污泥池31，反冲洗水泵三台，两用一备。

上述所述的实施例仅是对本发明的优选实施方法进行描述，并非对专利的构思和范围进行限定。对本发明做出的各种变形或改进，均应落在本发明的保护范围内。

实施例2

某水厂原水浊度为2.0～3.0NTU，色度为4.5～5.2左右，COD降为7mg/L～8mg/L，属于低浊水范畴，出水经过混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池，滤料为均质石英砂，混凝剂的投加量3.0mg/L～5.0mg/L，pH调至弱碱性7～8，滤池的过滤周期为24～48h小时，处理效果如图4～6所示，浊度去除率为94％～97％，色度去除率为85％～91％，COD去除率为66％～71％。出水能够达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的要求。

实施例3

某水厂采用地下水作为水源，原水中铁锰含量较高，过滤前原水中铁的浓度为1.0～1.5mg/L,锰的含量达到0.3～0.4mg/L，出水经过混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池，滤料为均质石英砂，凝剂的投加量3.0mg/L～5.0mg/L，pH调至弱碱性7～8，滤池的过滤周期为24～48h小时。处理效果如图7～8所示，对低浓度铁锰的去除率都在90％左右。优于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的要求(铁﹤0.3mg/L，锰﹤0.1mg/L)。

实施例4

某微污染水源，富营养化严重，NH₄ ⁺-N和总磷含量超标，NH₄ ⁺-N浓度为1.5～1.8mg/L，TP为2mg/L，经过混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池，滤料为均质沸石，凝剂的投加量3.0mg/L～5.0mg/L，pH调至弱碱性7～8，滤池的过滤周期为24～48h小时。处理效果如图9～10所示，去除率均达到了75％左右，出水浓度达到了国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的要求(NH₄ ⁺-N﹤0.5mg/L，TP﹤0.5mg/L)。

Claims

1.一种混凝沉淀截留过滤气水反冲洗一体化高效滤池，包括混凝反应区(1-1)、沉淀排泥区(2-2)、多面球截留区(3-3)、过滤区(4-4)、气水反冲洗系统，其特征在于：混凝反应区：最外侧套筒内发生混凝反应，混凝反应区和沉淀排泥区用多孔板连接；沉淀排泥区：底部漏斗型沉淀排泥区；多面球截留区：位于第二层套筒中，截留区内填充多面球悬浮填料，沉淀排泥区和截留区用多孔板连接；过滤区：均匀配水堰、均质滤料、承托滤料、反冲洗管道、滤砖；气反冲洗系统：包括PLC控制柜、液位发生器、罗茨风机、单向控制阀和曝气盘、反冲洗水泵、单向阀门、布水主管和布水支管，曝气盘和布水支管设置在承托滤料内，滤池顶部反冲洗出水管道和污泥浓缩池相连，过滤区位于内筒，一体化高效滤池污水经过添加混凝剂和调节pH经均匀配水堰在最外层套筒内四周均匀布水，经多孔板流入下部的漏斗沉淀排泥区，上流经过多面球填料截留沉淀，经过配水堰、均质滤料、承托滤料和滤砖，通过出水管道，流入清水池出水达标排放。

2.根据权利要求1所述一体化高效滤池，其特征在于，混凝反应区(1-1)水力停留时间(HRT)为2min～5min，速度梯度G值为35S^-1～45S^-1。

3.根据权利要求1所述一体化高效滤池，其特征在于，沉淀排泥区(2-2)底部为漏斗沉淀排泥区，倒圆锥形，排泥口设置在下端，通过底部阀门排尽污泥，底部角度为60～120度不限。

4.根据权利要求1所述一体化高效滤池，其特征在于，过滤区(4-4)底部铺设U形滤砖，高度为0.2m，滤砖上部铺设承托粗滤料，粒径为2～3mm，高度为0.4m，承托滤料中铺设曝气盘和反冲洗主管和支管，承托滤料上部均质滤料，粒径为1.0mm，均质石英砂、沸石、零价铁、白煤、矿石、火山岩，根据不同的水质情况采用不同滤料，高度为1.0m，滤池整体高度为3.0m。

5.根据权利要求1所述一体化高效滤池，其特征在于，所述气水反冲洗系统包括气反冲洗系统和水反冲洗系统，所述气反冲洗系统包括液位发生器、反冲洗风机、单向控制阀、气洗主管和曝气盘，曝气盘设置在承托滤料内；所述水反冲洗系统依次包括反冲洗水泵、单向阀门、布水总管和布水支管，所述布水支管设置在承托滤料内，过滤区顶部反冲洗管道流入污泥浓缩池。

6.根据权利要求5所述一体化高效滤池，其特征在于，滤池反冲洗周期为24～48h，一体化高效滤池反冲洗过程，随着滤料堵塞，水头损失增加，滤速变慢，液位增高，触发液位发生器，通过PLC控制系统传递信号，开始进行反冲洗。

7.根据权利要求5所述一体化高效滤池，其特征在于，气反冲洗过程：首先关闭进水泵，打开反冲洗罗茨风机，高压气体经过单向控制阀，通过曝气盘强烈曝气，对支撑滤料和均质滤料进行强烈摩擦搓洗，强度为10L/m²·s，该过程运行时间为3～4分钟，反冲洗风机两台，一用一备。

8.根据权利要求5所述一体化高效滤池，其特征在于，气水联合反冲洗过程：单气反冲洗3～4分钟后，同时开启反冲洗水泵、通过单向阀门、布水总管和布水支管对滤料进行冲洗，反冲水洗强度为8～10L/m²·s，气洗强度为8～10L/m²·s，气水联合冲洗4分钟，冲洗水和截留杂质经过反冲洗管道流入污泥浓缩池，反冲洗污泥的膨胀率为30％。

9.根据权利要求5所述一体化高效滤池，其特征在于，单水微膨胀反冲洗过程：关闭罗茨风机，不立即完全切断冲洗水，调节水泵反冲洗强度为3～5L/m²·s，增加1～10分钟的微膨胀冲洗，滤料的膨胀率为3％～6％,出水排入污泥池，反冲洗水泵三台，两用一备。